Visualización ultimos resultados científicos sobre Cambio Climático

Video de 4 min (Climate Change: The state of the science) presentando visualizaciones de algunos de los resultados contenidos en el reciente informe del WG-I del IPCC, el primero de los informes del quinto informe IPCC sobre cambio climático (AR5) que se completará el año que viene con los informes de los WG-II (impactos, adaptación y vulnerabilidad) y WG-III (mitigación).

Emisiones y flujos de carbono

Desde este mes de Noviembre está disponible el Global Carbon Atlas, que facilita la exploración y análisis de los datos relativos a las emisiones y flujos de carbono en la Tierra, tanto actuales como pasados, con muchas opciones para visualizarlos y ver cómo han ido evolucionando.

También proporciona un recorrido histórico visual de cómo han evolucionado las emisiones y concentraciones de CO2, así de cómo pueden seguir evolucionado en el futuro según los distintos escenarios a los que podemos optar (junto a una indicación de sus implicaciones).

Abajo tres visualizaciones de los años 2012 y 2011 de cómo se reparten geográficamente las emisiones de combustibles fósiles, tanto en cantidades totales como de forma específica per cápita y por unidad de PIB. No deja de ser sorprendente cómo llega a cambiar la foto según el 'filtro' con el que observemos la realidad...

Distribución global emisiones totales de CO2 (Global Carbon Atlas).

Distribución global emisiones per cápita de CO2 (Global Carbon Atlas).

 



Distribución global de emisiones de CO2 por unidad de PIB (Global Carbon Atlas).

 

El cambio climático y la era de la estupidez

El clima cambia, pero nosotros no … Es como si una tara estructural de nuestro sistema socio-político nos impidiera reaccionar a pesar de las evidencias científicas e incluso de las realidades que ya podemos ver a nuestro alrededor. Parece que como especie estamos esperando a mayores ‘evidencias’ de las que ya tenemos sobre la certeza del cambio climático y de la inequívoca responsabilidad de la actividad humana sobre el mismo, a ese tipo de evidencias que, tratándose de un sistema altamente no lineal como el clima, cuando las tengamos delante serán como el martillazo final de una sentencia por la imposibilidad de revertirlas… Si, realmente es ‘mala suerte’ que el cambio climático se haya destapado antes de que el ‘homo stupidus’  saliera de la Era de la Estupidez (película interesante para los que no la hayáis visto)  para evolucionar hacia algo que hiciera algo más de honor a ese pretencioso calificativo de ‘homo sapiens’.

Actualmente está teniendo lugar la COP19 (Cumbre del cambio climático de la ONU) en Varsovia. Esta COP19 está pasando bastante desapercibida, tanto por lo que respecta a su reflejo en los medios de comunicación, por lo que respecta a la sociedad en general. Han pasado ya 4 años desde la COP15 en Copenhague, la última Cumbre de Cambio Climático de la ONU que movilizó cierta ilusión en la sociedad por la posibilidad de que sus gestores políticos podían llegar a marcar la diferencia al pasar a la acción responsable. Pero nada de nada: Tan solo decepción total por  la incompetencia, irresponsabilidad e incapacidad de nuestros representantes políticos, lo cual probablemente explique gran parte de la insensibilidad y desapego de las siguientes cumbres como la actual COP19, en esta paulatina profundización en el desengaño y decepción con el sistema político actual.

Pero como sociedad estamos cometiendo un grave error si la reacción ante esta decepción es tan solo la apatía: El problema del cambio climático no se puede poner dentro de un armario y mirar para otro lado, tal y como hacen nuestros representantes políticos. La realidad no funciona así, y el problema dentro del armario sigue engordando de forma exponencial, de tal forma que cuando salga (no porque abramos nosotros la puerta, sino directamente porque reviente el armario…), el ‘monstruo’ ya será totalmente intratable.

Si hemos perdido la confianza en nuestros representantes políticos, hay que cambiarlos, así como el sistema de representación política para que por un lado represente realmente a la sociedad, y por otro lado podamos exigir responsabilidades.  Simplemente el ignorarlos no sirve, porque en foros como la COP19 siguen pasando cosas (Japón reduciendo drásticamente sus objetivos de reducción de emisiones, Australia intentando desmarcarse de los mecanismos que puedan articular compromisos globales de emisiones, sensación de impunidad total ante otro fracaso en el avance de las negociaciones para reducir las emisiones,...) que van en la dirección contraria que deberíamos llevar, y el estancamiento persistente en el que acaban sumidos estos foros no hacen más que dificultar la capacidad de actuación responsable.

E inputs para reactivar el tono de la actitud frente al cambio climático no faltan: La primera parte del quinto informe del IPCC (AR5) se hizo pública a finales de septiembre, y tal y como comentamos más abajo, este informe (y la evolución de los informes del IPCC a lo largo de los últimos 23 años) coloca datos contundentes encima de la mesa para exigir una actuación inmediata y responsable.  La realidad, adelantándonos sin contemplaciones por ambos lados, también estuvo presente al inicio de la COP19 con la emotiva sensación de urgencia transmitida al principio de la cumbre por la delegación Filipina a raíz de la destrucción del tifón "Haiyan". Pero nada, parece que el callo desarrollado a lo largo de estos años por nuestros representantes en estos foros de negociación es capaz de absorber y metabolizar prácticamente cualquier cosa (excepto el Cambio Climático…).

La evidencia se despliega ya ante nuestros ojos, pero  el cambio climático es un problema en el que lo más estúpido que se puede hacer es esperar a que se acumulen evidencias para convencer a los que siguen queriendo mirar a otro lado. Cuando ese despliegue de evidencias esté delante de nosotros, la no linealidad del sistema climático impedirá cualquier acción remediadora.  Por tanto, y aunque parezca de perogruyo en el contexto de nuestra sociedad tecnológica, debemos apoyarnos en la capacidad de previsión que nos proporciona la ciencia para tomar decisiones responsables hoy.

Decisiones que estamos tomando hoy, como las correspondientes a la planificación energética (en España ejemplarizada por la absoluta irresponsabilidad de nuestros representantes políticos por lo que respecta al cambio climático), o incluso la salida de los procesos de crisis que estamos atravesando,..., van a poner las pautas del impacto que ejerceremos en el clima las próximas décadas, siglos y milenios: Es totalmente absurdo e irresponsable tomar estas decisiones mirando a otro lado.

De hecho, no deja de resultar irónico que la salida del periodo de crisis que estamos atravesando actualmente llegue a convertirse en excusa y justificación para dejar de prestar atención a la crisis climática que se avecina, de una intensidad muy superior a la crisis que estamos atravesando ahora, y que las decisiones que toman políticos irresponsables en este contexto no hagan sino poner los cimientos para acelerar la llegada de la gran crisis. En definitiva, en términos de la ciencia del clima, la clase política actual está actuando como un mecanismo de feedback positivo, realimentando y amplificando la crisis ambiental. Realmente hay necesidad de romper este proceso de realimentación, y mucho me temo que tan solo una redefinición de la estructura del sistema socio-político pueda hacerlo, pero ¿ estamos preparados como sociedad para articular este cambio?

Veamos cuales son los datos más frescos que tenemos sobre la mesa para informar el posicionamiento y toma de decisiones por lo que respecta al cambio climático:

El modelado del sistema climático es muy complejo como consecuencia de la no linealidad, complejidad y diversidad de los mecanismos que lo gobiernan. Como profe de mecánica de fluidos y transferencia de calor que fui durante más de 15 años, recuerdo a finales de los noventa y principios de siglo cómo yo mismo ponía en cuarentena algunas de las previsiones de los modelos como consecuencia de la incertidumbre asociada al proceso de modelado. Pero hay dos realidades que no hay que tener presentes:

·         La ciencia nos proporciona herramientas para explicar la realidad y permitirnos avanzarnos a la respuesta de nuestro entorno ante distintas actuaciones, proporcionándonos de esta manera capacidad de previsión y de diseñar. Es perfectamente posible que los ‘modelos’ que usemos no sean perfectos, pero esto no les resta  ni mucho menos utilidad a la hora de ser empleados para gestionar nuestra interacción con el entorno. De hecho en ocasiones es todo lo contrario por ser capaces los modelos simplificados de condensar los aspectos esenciales hasta el punto de que los podamos comprender y manejar adecuadamente. Vivimos rodeados de tecnología que se ha desarrollado en base a esta capacidad de previsión que nos proporcionan los modelos, y la inmensa mayoría de los modelos ingenieriles que se han empleado para desarrollar los elementos tecnológicos que forman nuestra realidad de hoy, no son modelos perfectos, sino modelos simplificados, y en ocasiones el origen de la simplificación no es otro que nuestra actual ignorancia o incapacidad de modelado con los medios de cálculo actuales de los fundamentos físicos que rigen los procesos involucrados. Un ejemplo muy cercano: El motor de combustión interna de nuestro coche. En efecto, los procesos de turbulencia dentro de la cámara de combustión no están totalmente caracterizados ni en los modelos ni en nuestra comprensión científica actual, y nada de esto ha impedido usar los modelos disponibles para desarrollar coches con un elevado grado de perfección, hasta el punto de situar el automóvil (quizás excesivamente) en el núcleo de nuestra sociedad. Algo parecido sucede con los aviones, tanto por dentro (motores) como por fuera (flujo alrededor del avión). Y si en estos ‘gadgets’ relativamente tan pequeños nuestros modelos tienen carencias, cómo podemos pedir la perfección a los modelos del sistema climático, involucrando tamaños muy superiores y escalas mucho más dispares, antes de emplearlos para gestionar nuestra relación con el entorno… Si no confías en la capacidad de la ciencia para gestionar la  realidad que nos rodea hasta que disponga de modelos perfectos, deja el coche aparcado y no cojas el avión, lo cual, por cierto, también proporciona una contribución positiva directa  a paliar el problema del cambio climático… ;)

·         Gran evolución experimentada por los modelos climáticos en los 23 años transcurridos desde la publicación del primer informe del IPCC en 1990, y la aplastante coherencia de los resultados de los mismos por lo que concierne al mensaje principal: La actividad antropogénica está perturbando el sistema climático a un nivel sin precedentes con la emisión de gases de efecto invernadero y necesitamos urgentemente revertir esta situación si queremos evitar impactos de gran magnitud sobre nuestros sistemas social, político y económico. La Figura-1 recoge la evolución histórica de la temperatura media superficial junto a las previsiones de los 4 primeros informes del IPCC (FAT (1990), SAR (1995), TAR (2001) y AR4 (2007))

 

Figura-1: Evolución histórica de la anomalía de temperatura media superficial y previsiones de los 4 primeros informes del IPCC (Climate Change 2013: The Physical Science Basis, chapter-1)

 

Hace poco más de un mes y medio (27/9/2013) se presentó la primera parte del quinto informe del IPCC sobre cambio climático (AR5). Se trata del informe del Grupo-I (Climate Change 2013: The Physical Science Basis). El AR5 se completará en 2014 con otros tres informes: Impactos, adaptación y vulnerabilidad; mitigación; y síntesis. Pero el informe del Grupo-I es el que nos permite contrastar la evolución de la capacidad de modelado del sistema climático, su alineamiento con los resultados de los informes anteriores, y la versión más consensuada actualmente disponible sobre los impactos que cabe esperar que tenga sobre el clima la actividad antropogénica.

La vedad es que resulta sorprendente la limitada cobertura mediática que recibió a esta primera entrega del AR5, síntoma claro del aletargamiento de nuestro sistema socio-político.

Desde mi perspectiva, el IPCC a menudo ha tenido una actitud excesivamente conservadora en sus afirmaciones y en la manera de comunicar los resultados. Probablemente ésta actitud se haya considerado necesaria para situar sus resultados en un terreno neutro donde la mayor parte de los sectores del sistema socio-político puedan verlos. Pero incluso así la resistencia del sistema socio-político a internalizar los las necesidades de actuación que se concluyen incluso de los resultados conservadores presentados por el IPCC ha sido tremenda, y ahí andamos con una COP19 aséptica a finales del 2013… Sinceramente me entran dudas de si el haber sido más claros presentando el límite más pesimista de las previsiones de los análisis científicos, y comunicando claramente la potencial desviación hacia respuestas todavía más drásticas del sistema climático como consecuencia de los aspectos todavía no totalmente incorporados en los modelos climáticos, no hubiera contribuido a espabilar un poco más a este aletargado sistema socio-político que tenemos… Pero la realidad es que a pesar de todo esto, las conclusiones de esta primera parte del AR% son bastante contundentes:

·         The total anthropogenic RF (radiative forcing) best estimate for 2011 is 43% higher than that reported in AR4 for the year 2005. This is caused by a combination of continued growth in most greenhouse gas concentrations and improved estimates of RF by aerosols indicating a weaker net cooling effect (negative RF)

·         Human influence has been detected in warming of the atmosphere and the ocean, in changes in the global water cycle, in reductions in snow and ice, in global mean sea level rise, and in changes in some climate extremes (Figure SPM.6 and Table SPM.1). This evidence for human influence has grown since AR4. It is extremely likely that human influence has been the dominant cause of the observed warming since the mid-20th century

·         A large fraction of anthropogenic climate change resulting from CO2 emissions is irreversible on a multi-century to millennial time scale.

·         There is high confidence that sustained warming greater than some threshold would lead to the near-complete loss of the Greenland ice sheet over a millennium or more, causing a global mean sea level rise of up to 7 m. Current estimates indicate that the threshold is greater than about 1°C (low confidence) but less than about 4°C (medium confidence) global mean warming with respect to pre-industrial.

La Figura-2 recoge la evolución histórica y las previsiones hasta el año 2300 de la temperatura superficial media bajo los distintos escenarios de emisiones empleados por el AR5 (RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5). De estos 4 escenarios de emisiones empleados en el AR5, el RCP2.6 corresponde a un escenario de extrema mitigación de las emisiones, totalmente alejado de las tendencias actuales tanto a nivel planetario como de países individuales. Los escenarios RCP4.5 y RCP6.0 son escenarios de estabilización intermedia, que en la actualidad también están totalmente alejados de la actitud de nuestro sistema socio-político (basta con echar un ojo a la COP19…). El escenario RCP8.5 es el que podríamos considerar el escenario más representativo de la evolución tendencial actual, aunque sinceramente, para mi gusto se queda incluso corto a la hora de representar la foto de la evolución tendencial de un sistema socio-político con taras estructurales que le impiden tomar una clara conciencia de la realidad y actuar en consecuencia. En efecto, el escenario RCP8.5 viene a asumir que para el año 2100 habremos quemado del orden de la mitad de las reservas de combustibles fósiles disponibles: ¿resulta esto compatible con la actitud de nuestro sistema socio-político de ir como locos a extraer el crudo del Ártico tan pronto como el calentamiento global empieza a deshacer el hielo, o de agarrarse irresponsablemente a las promesas del shale-gas pasando por encima del desarrollo de las renovables, o el aniquilamiento del despliegue de las renovables en países como España con total impunidad política a los bárbaros e ignorantes que lo están propiciando?

Sinceramente, yo creo que no, y que el RCP8.5 se queda por tanto a mitad de camino, resultando probablemente más realista que para finales del 2100 hayamos agotado las reservas fósiles disponibles: Es decir, el impacto del cambio climático podría ser incluso considerablemente superior a lo mostrado por el peor escenario recogido por el AR5 del IPCC, y no conviene perder esto de vista al revisar los resultados del AR5 y al exigir que se tomen decisiones políticas en contextos como el de la descafeinada COP19.

 

Figura-2: Evolución del cambio de temperatura superficial media en los distintos escenarios del AR5 hasta el año 2300. (Climate Change 2013: The Physical Science Basis, chapter-12)

Bueno, pues partiendo entonces del hecho de que incluso el escenario de emisiones RCP8.5 puede infravalorar la evolución tendencial, ¿cómo cabe esperar que se modifique nuestro entorno en base a los resultados del AR5?

La Figura-3 recoge las distribuciones de temperatura media anual superficial para 2050, 2090 y 2190. Observar como de ‘oscuro’ se pone todo, y en particular para España. Además de estos incrementos tan importantes en la temperatura media, a nuestros hijos les vamos a dejar también la herencia de una importante intensificación de los episodios extremos (también documentada en el AR5) que ya estamos empezando a experimentar incluso nosotros mismos.

 

Figura-3: Distribución de temperatura media anual superficial en tres periodos de tiempo hasta el 2200. (Climate Change 2013: The Physical Science Basis, chapter-12)

 

Por lo que respecta a las previsiones de las variaciones del nivel del mar, la Figura-4 recoge los resultados tanto de la evolución histórica como de las previsiones de los distintos informes del IPCC (desde 1990-FAR hasta 2013-AR5). A parte de observar la coherencia entre las previsiones a lo largo de estos últimos 23 años de modelado climático y la evolución histórica, cuando nos centramos en el escenario del AR5 más representativo de la evolución tendencial actual (RCP8.5) vemos cómo ya para el año 2100 cabe esperar incrementos muy importantes del nivel medio del mar, con grandes consecuencias para los sistemas socio-económicos . Pero una vez más estos resultados, de cara a la toma de decisiones o de la exigencia a nuestros representantes políticos de que tengan una actitud responsable,  los debemos entender como una estimación conservadora de cómo puede realmente llegar a desplegarse la realidad:

·         Por un lado está el hecho anteriormente comentado de que la emisiones tendenciales hasta el 2100 podrían ser significativamente superiores a las que recoge el RCP8.5

·         Por otro lado está la evidencia científica de que la respuesta del mar a las perturbaciones climáticas va bastante más allí en el tiempo del fin de este siglo, tal y como deja claro el gráfico de la Figura-4 que en 2100 no muestra señal alguna de estabilización, sino más bien de incremento de la pendiente para los años siguientes. De hecho, juntando esto con la afirmación dentro del propio AR5 de que para el rango de incremento de temperatura correspondiente al escenario RCP8.5 cabe esperar el total deshielo de la capa de hielo de Groenlandia, el incremento del nivel del mar que estamos destapando ahora llegará a superar los 7 m de altura. En este sentido, gráficos como el de la Figura-4 no son, desde mi punto de vista, suficientemente contundentes para apoyar la toma de decisiones políticas porque camuflan las implicaciones a largo plazo de las decisiones que los políticos y la sociedad estamos tomando hoy. En efecto, la extrapolación y proyección a mayor plazo de tiempo de los resultados presentados en Figuras como esta, no son habilidades cultivadas en exceso, especialmente entre la clase política que funciona básicamente con intervalos de 4 años…

·         Tampoco tenemos que olvidar que los modelos actuales todavía no recogen el conjunto de mecanismos de respuesta del sistema climático ante la perturbación antropogénica. En especial, los mecanismos no lineales de respuesta lenta y sus incertidumbres, como la posible inversión de algunos de los feedback negativos actualmente implementados en los modelos como consecuencia por ejemplo de la liberación del carbono contenido en el permafrost, podría empeorar significativamente la foto de las repercusiones a largo plazo de las decisiones que estamos tomando hoy.

 

Figura-4: Evolución histórica y previsiones del incremento en el nivel del mar de los distintos informes del IPCC. (Climate Change 2013: The Physical Science Basis, Technical Summary)

 Y aunque todavía hay sectores que intentan agarrarse a la aparente discrepancia entre los resultados de los modelos y los observaciones disponibles, la realidad es que los modelos actuales están haciendo un muy buen trabajo en la reproducción de la realidad que observamos, y las aparentes discrepancias a menudo son debidas más a la incorrecta monitorización del sistema, como la medición del incremento de temperatura media superficial en los últimos 15 años inferior a la pronosticada por los modelos como consecuencia de carencias en la red de estaciones de medida en las regiones de mayor calentamiento, introduciendo por tanto bias (errores sistemáticos) significativas, o  a la entrada en juego de mecanismos de transporte no lineales y todavía no completamente capturados en los modelos, como es el efecto de las corrientes de mezcla en el océano Pacífico para absorber ‘temporalmente’ una mayor fracción del aporte energético al sistema climático.

 
¿Necesitamos más evidencias?, ¿a qué estamos jugando realmente?

El rol y los desafíos de la CSP (centrales termosolares) para contribuir a la transición del sistema energético

 

Note for English readers: In this link , the conceptual content of the presentation I gave in CSP-Today South Africa (Pretoria 2/2013) ‘CSP as a cornerstone for renewable energy systems: A development opportunity window with expiration date’, dealing with the same subject from this post about the role of CSP in the development of renewable energy systems, can be downloaded. The file to download from the link above is ‘CSP_today_SF_2013_XGC_5.pdf’, which may be found at the bottom of the web site.

La CSP, por sus características únicas respecto a otras tecnologías renovables, puede desempeñar un papel muy relevante en la transición del sistema energético hacia la sostenibilidad, especialmente en países con DNI (irradiación normal directa) suficientemente elevada como es España (con el desarrollo de superredes países sin recurso elevado de DNI también podrían beneficiarse de esta tecnología para su transición). Sin embargo, no hay ninguna garantía de que este ‘puede’ llegue a cristalizarse, existiendo múltiples opciones de la trayectoria a seguir en este proceso de transición. De hecho, la CSP cuenta con una ventana de oportunidad con fecha de caducidad para cristalizar su potencial contribución a la transición y al mix energético del futuro, y de no aprovecharla, su nicho de mercado (o participación potencial en mix generación futuro) y su contribución a la transición energética pueden verse fuertemente limitados. Si esto sucediese, las repercusiones para el conjunto de la sociedad podrían tener un impacto significativo: retraso de la transición y mix energético final alejado del óptimo técnico-económico para las condiciones de tecnologías maduras (zona asintótica de curva de aprendizaje), lo cual implica un mayor coste de la energía.

En efecto, en el contexto de un sistema energético basado en renovables, las distintas tecnologías pueden ocupar diversos nichos y porciones de mercado, dependiendo de distintos factores:

·         Sus características tecnológicas

·         Sus estructuras de costes y la evolución de los mismos durante la transición

·         La evolución del sistema energético, y especialmente de la integración y despliegue de inteligencia

·         La evolución de las otras tecnologías que pueden contribuir a configurar el mix de transición y final

Dado que cada uno de estos factores está sujeto a diversas condiciones de contorno que pueden llevar a evoluciones muy distintas, ninguna tecnología tiene garantizada una contribución fija en mix del futuro ni en el proceso de transición.

En este contexto, el desarrollo de escenarios sirve para ver posibles formas en que se puede desplegar el futuro según distintas hipótesis de evolución de estas condiciones de contorno.

En los estudios Renovables100%  y Energía 3.0 , partiendo de una serie de hipótesis entre las que figuraba que todas las tecnologías renovables avanzaran homogéneamente por su curva de aprendizaje, se desarrollaron, optimizaron y analizaron diversos mix de generación para la cobertura de la demanda (demanda eléctrica en Renovables100% y demanda final total en Energía 3.0) con sistemas basados al 100% en energías renovables, así como para los procesos de transición. En todos estos casos, la contribución de la CSP en estos mix era muy relevante, tal y como se puede apreciar en la Figura-1, tanto para el caso de considerar la cobertura de la demanda eléctrica de un sistema energético tendencial (parte superior de la figura, correspondiente al estudio Renovables 100%), como para el caso de considerar la cobertura de la demanda total de energía en un sistema energético integrado con despliegue de eficiencia e inteligencia (parte inferior de la figura, correspondiente al estudio Energía 3.0).

 

Figura-1: Gran relevancia de la CSP en los mix 100% renovables para la cobertura de la demanda eléctrica tendencial (parte superior de la figura correspondiente al informe Renovables 100%) y la cobertura de la demanda total de energía final en un sistema energético con despliegue de eficiencia e inteligencia (parte inferior de la figura correspondiente al informe Energía 3.0). Debido al elevado factor de capacidad de las centrales termosolares consideradas en estos estudios (múltiplo solar de 3 y 15 h de capacidad de almacenamiento), la contribución de la CSP a la cobertura de la demanda en términos energéticos es considerablemente superior a su contribución en términos de potencia instalada (tal y como se puede apreciar en la parte inferior de la figura).

Sin embargo, no debe perderse de vista que esto constituye tan solo una de las posibilidades en que puede llegar a desplegarse la realidad en base a las hipótesis supuestas. Modificaciones de las condiciones de contorno, y especialmente de la estructura de costes en la etapa inicial de transición, dónde en ausencia de planificación adecuada las bajas penetraciones no requieren de estas características diferenciales de la CSP, pueden conducir a otros estados finales.

Y en efecto, la realidad para la CSP no se está desplegando por esta trayectoria, siendo su contribución mucho más marginal, tanto en términos de la potencia actualmente instalada, como en términos de la planificación (que impacta directamente sobre la potencia instalada en el futuro). En este contexto resulta conveniente hacer un análisis de perspectiva y prospectiva para entender qué es lo que está pasando y qué posibilidades de evolución futura quedan todavía abiertas.

Un factor importante para determinar el lugar que finalmente acabará ocupando una tecnología dada, tanto en el proceso de transición como en el mix final, es el cómo evolucione a lo largo de su curva de aprendizaje. Pero esta evolución depende de muchos factores:

·         Acierto del apoyo político y regulatorio

·         Resultante de la combinación de presiones de los distintos lobbies

·         Confianza que consiguen transmitir las primeras instalaciones a los distintos actores involucrados (inversores, prestamistas, políticos, sociedad,…)

·         Contexto y planificación del sistema energético (en particular la evolución  de la penetración de las tecnologías renovables en la cobertura de la demanda)

En el post de este blog ‘Costes de las tecnologíassolares para generación de electricidad: Termosolar (CSP) versus fotovoltaica(PV)’ se analiza con detalle la evolución de las tecnologías PV (fotovoltaica) y CSP por sus respectivas curvas de aprendizaje en el periodo que va desde cuando se desarrollaron los escenarios en los que se basan los estudios Renovables100% y Energía 3.0 hasta la actualidad, mostrando cómo la PV se ha acercado mucho a estos escenarios en su avance por la curva de aprendizaje, mientras que la CSP no ha sido capaz de seguir esta evolución, experimentando de hecho un retroceso (por lo que a costes se refiere) respecto al punto de partida, que en la práctica se puede interpretar como una traslación de la curva de aprendizaje. De esta forma, en el momento actual se han invertido las tornas entre la PV y la CSP por lo que a costes se refiere respecto a la situación existente en 2003 cuando se prepararon los escenarios en los que se basaron los estudios Renovables100% y Energía 3.0. Esto no implica que las otras ventajas de CSP hayan desaparecido (gestionabilidad, flexibilidad, capacidad de regulación sistema gran penetración renovable…), pero sí que conlleva una modificación significativa de la condición de contorno de costes que impacta significativamente el despliegue de las tecnologías en las primeras fases del proceso de transición, cuando las penetraciones son bajas y con ello la necesidad de esos servicios adicionales que proporciona la CSP pasa fácilmente desapercibida.

Este hecho conduce a que en estudios basados en escenarios más recientes (‘SunShot vision study (2/2012)’ de US DOE , o el ‘RenewableElectricity futures study’ (12/2012) del NREL, claramente se concluya que la CSP sin TES (capacidad de acumulación) no tiene contribución relevante en el desarrollo de sistemas renovables, y la CSP con TES tan solo empieza a entrar en los mix optimizados cuando la penetración renovable crece lo suficiente como para que sus servicios adicionales sean relevantes y aporten un valor significativo al sistema.

En el estudio ‘An Analysis of Concentrating SolarPower with Thermal Energy Storage in a California 33% Renewable Scenario’ (NREL, 3/2013), con una penetración de las renovables (33% en el sistema eléctrico) todavía limitada pero que ya empieza a ser relevante, se concluye que en estas condiciones la CSP ya aporta más valor operando en modo de suministrar servicios complementarios al sistema, que en modo de maximizar los ingresos por generación (modo actual de operación de las centrales CSP en todo el mundo), poniendo así de relieve las características especiales de la CSP y su mayor valor para el sistema eléctrico. La cuantificación del valor para el sistema eléctrico que hace esta referencia va de los 9.53 c$/kWh para la PV hasta 13.53 c$/kWh para la CSP con TES (el valor considerado en este estudio incluye combustible, O&M, emisiones y capacidad, en el contexto de un sistema energético no integrado).

Análisis como el anterior, incluso con una internalización parcial del valor de la contribución renovable (para una discusión detallada del valor de las renovables ver posts de este blog ‘El valor de las renovables’  y ‘Valor y coste de las energías renovables: Trascendiendo los números para vislumbrar el resto de la foto’ ), cuantifican las ventajas diferenciales de la CSP en la actualidad. Pero la CSP no puede dormirse en poner en valor estas ventajas diferenciales para materializar su avance por la curva de aprendizaje, pues estas ventajas no van a permanecer indefinidamente, y tendencias ya en marcha, como el desarrollo de capacidad de almacenamiento a precios razonables para otras tecnologías (como la PV o la eólica), o la integración del sistema energético y despliegue de inteligencia por el mismo que permita al sistema eléctrico aprovechar la capacidad de acumulación disponible en otros subsectores energéticos (transporte, edificación,…), claramente van a compensar y anular las ventajas diferenciales de la CSP si ésta no ha sido capaz de avanzar por su curva de aprendizaje suficientemente como para que sus ventajas diferenciales sigan proporcionando un valor neto frente a las otras opciones tecnológicas.

Otro factor relevante para entender la evolución de la CSP hasta la fecha es su elevada diversidad, tanto en cuanto a tecnologías como en cuanto a opciones de diseño.

Por lo que respecta a las tecnologías, la tecnología CSP cuenta con muy diversas opciones tecnológicas: cilindroparabólicos, receptor central de torre, concentradores Fresnel lineales, discos parabólicos... Es más, dentro de cada una de estas categorías principales  nos encontramos a su vez con un amplio abanico de opciones tecnológicas: receptores exteriores de sales fundidas, receptores con generación directa de vapor (exteriores o de cavidad), receptores volumétricos de aire (abiertos o cerrados), receptores de partículas, sistemas multitorre, centrales con ciclo de turbina de vapor, centrales con ciclo de turbina de gas o con ciclo combinado,… para el caso de la tecnología de receptor central de torre: Una auténtica pesadilla para los promotores independientes que quieran promocionar una planta CSP. De hecho, el parque CSP actual está dominado por plantas promovidas por fabricantes de componentes tecnológicos y suministradores de sistemas, que básicamente buscan con la promoción de estas plantas el colocar su tecnología en el mercado.

Pero incluso más allí de la gran diversidad de tecnologías, dentro de una tecnología CSP dada, existe a su vez una gran diversidad de diseños, lo cual proporciona margen para la optimización (o para el error…) al optimizar el diseño de una central CSP para unas condiciones de contorno dadas. La Figura-2 nos presenta este hecho, mostrando para dos tecnologías CSP distintas los mapas de prestaciones nominales de sus distintos diseños en términos del coste normalizado de la electricidad generada bajo una determinada estrategia de operación. Como podemos ver, para cada una de las dos tecnologías, existen infinitos diseños (caracterizados en este caso en función de su múltiplo solar SM y su capacidad de acumulación TES), cada uno proporcionado distinto LEC, pero permitiendo acomodar distintas condiciones de contorno u optimizar otras funciones objetivo, y los mapas de prestaciones difieren entre ambas tecnologías. Es más, los mapas de prestaciones mostrados en la Figura-2 corresponden a una determinada estrategia de operación, pero también en esto, en virtud de su flexibilidad, las centrales CSP añaden una dimensión adicional de diversidad al poder implementar distintas estrategias de operación, cada una de ellas con un mapa de prestaciones nominales distinto…

 

Figura-2: Diversidad tecnológica y de diseño de las centrales CSP. La figura muestra los mapas de prestaciones de dos tecnologías distintas emplazadas en Sudáfrica.

Esta gran diversidad de las centrales termosolares sin duda tiene sus ventajas, pero también sus inconvenientes…

·         Ventajas:

o    Capacidad de optimizar los diseños para distintas aplicaciones o nichos de mercado

o    Mayor potencial de localización

o    Mayor potencial de alcanzar un valor más bajo de los costes asintóticos al recorrer la curva de aprendizaje

o    Opciones de gestionabilidad y flexibilidad de operación

·         Desventajas:

o    Una evolución más lenta a lo largo de la curva de aprendizaje

o    Generación de incertidumbre y confusión en algunos de los actores involucrados en el desarrollo de la tecnología

o    Mayor complejidad en el diseño y elección tecnológica, haciendo que la opción más adecuada dependa del contexto e instante de tiempo

En el largo plazo, si la tecnología tiene opción de avanzar por la curva de aprendizaje, la gran diversidad de la CSP sin duda será un valor añadido de esta tecnología, pues existirá un diseño/tecnología óptimo para cada nicho de mercado. Pero en el corto plazo, esta elevada diversidad está siendo un inconveniente que ha contribuido a que la CSP resulte hoy por hoy poco competitiva respecto a otras tecnologías renovables.

De hecho, en la actualidad, como consecuencia de esta gran diversidad tecnológica y de opciones de diseño, junto con la gran cantidad de actores involucrados en el desarrollo de una central CSP, hay un elevado requerimiento de integración y asesoría independiente que no siempre se incorpora adecuadamente en el desarrollo de los proyectos, proporcionando un amplio margen para desviaciones importantes de las condiciones óptimas para cada aplicación CSP, lo cual a su vez añade adicionales retrasos al avance de la tecnología por su curva de aprendizaje (Figura-3).
 

Figura-3: Requerimientos de integración y asesoría independiente para la definición de la tecnología y configuración óptimas para cada aplicación CSP.

Una de las principales características diferenciales de la CSP frente a otras tecnologías renovables (al menos en la actualidad) es su disponibilidad de mecanismos de flexibilidad, que fundamentalmente se materializan en su gestionabilidad, y que permiten a la CSP ofrecer valor al sistema energético tanto en términos de energía y de capacidad como al proporcionar al sistema servicios de regulación (entre los que se incluye su capacidad de dar soporte a la integración de otras tecnologías renovables). Las principales estrategias de diseño que proporcionan a la CSP esta flexibilidad y gestionabilidad son:

·         Almacenamiento térmico (TES) a costes relativamente bajos (con diseños de elevado múltiplo solar) para proporcionar plantas CSP con elevado factor de capacidad y flexibilidad de operación. La Figura-4 muestra cómo, empleando la tecnología CSP adecuada, los diseños óptimos en términos de minimizar el LEC proporcionan a su vez una elevada flexibilidad gracias a su elevado factor de capacidad.

·         Hibridación, bien con biomasa (renovable) o con combustibles fósiles (no renovable), para optimizar a nivel de planta la integración del sistema eléctrico (notar que una central sólo solar conectada a un sistema eléctrico con plantas fósiles, ya conduce a un sistema eléctrico híbrido), permitiendo usar un mismo bloque de potencia para distintas fuentes de energía primaria.

La hibridación, presenta sin embargo limitaciones en términos de energía (si bien no en términos de potencia, que son los más relevantes para la regulación de un sistema con elevada penetración renovable). En efecto:

·         Para el caso de la biomasa, la limitación en términos energéticos está principalmente asociada a la escasez de la biomasa en emplazamientos con elevado potencial para la CSP (si bien existen emplazamientos límite en las fronteras de las regiones con buen emplazamiento solar y de biomasa), así como en los muchos usos y elevada demanda potencial de la biomasa en un contexto de un sistema energético basado en energías renovables. Sin embargo, esta limitación en términos energéticos no excluye la posibilidad de emplear la hibridación con biomasa en términos de potencia, para proporcionar una elevada capacidad de regulación con un bajo consumo de biomasa. O incluso de apoyarse en esta hibridación para acompañar el proceso de transición, con un periodo limitado en el que se haga uso de ese recurso de biomasa para alimentar el sistema eléctrico (ver como ejemplo la Figura-5 desarrollada para un escenario de transición en el sistema eléctrico Español).

·         Para el caso de los combustibles fósiles, las limitaciones en términos de energía están asociadas a los siguientes factores:

o    Sostenibilidad: Uno de los objetivos de la transición del sistema energético es dejar de quemar combustibles fósiles.

o    Rendimiento de conversión: Tiene poca justificación quemar combustibles fósiles en una central termosolar a un rendimiento inferior al que puede proporcionar una central térmica optimizada para ese combustible fósil, pues ello conduciría a aumentar las emisiones por unidad de energía eléctrica producida, y como indicábamos antes, una central sólo solar vertiendo su electricidad a un sistema con centrales solares constituye ya de por sí un componente de un sistema eléctrico híbrido, siendo preciso acometer la optimización del conjunto y no de cada una de sus partes por separado.

o    La ‘solarización’ del parque de centrales de combustible fósil puede constituir una estrategia adecuada en algunas situaciones, pero su carácter es estrictamente transitorio siempre y cuando permita acelerar la transición del conjunto del sistema energético.

Figura-4: Mecanismos de flexibilidad disponibles dentro de los grados de diseño de las centrales CSP.

 

Figura-5: Hibridación temporal de centrales CSP con biomasa para acelerar la transición a un sistema eléctrico 100% renovable en España. Escenario desarrollado para el estudio ‘Un nuevo modelo energético para España publicado por la Fundación Ideas el 5/2009.

 

Pero no hay que perder de vista que nos hallamos inmersos en un proceso dinámico de cambio, en el cual el sistema energético evolucionará de su situación actual (no integrado y gobernado por la oferta), hacia la integración y la incorporación de inteligencia, llegando eventualmente a ser un sistema fundamentalmente gobernado por la demanda. Y en este contexto futuro, la característica diferencial de la CSP por lo que respecta a la flexibilidad pierde relevancia, pues la demanda es una gran fuente de flexibilidad. En las Figuras 5 y 6 se presenta la estructura de los mecanismos de flexibilidad para el sistema energético Español, integrado y 100% renovable (del estudio Energía 3.0), para los casos de que el sistema esté gobernado por la oferta (Figura-6) o gobernado por la demanda (Figura-7). Como podemos apreciar, tanto la integración del sistema energético como la incorporación de la participación activa de la demanda en su operación, desplazan los mecanismos de flexibilidad que en el caso de sistemas energéticos no integrados y gobernados por la oferta constituyen el mayor valor diferencial de la CSP frente a otras tecnologías renovables. Para una discusión más detallada de la transición del sistema energético, ver en este blog el post ‘Ya toca 'darle la vuelta' a los sistemas energético, económico y político’

Figura-6: Elementos de flexibilidad en un sistema energético 100% renovable para España, gobernado por la oferta (estudio Energía3.0).

Figura-7: Elementos de flexibilidad en un sistema energético 100% renovable para España, gobernado por la demanda (estudio Energía 3.0).

Por tanto, la CSP cuenta con una ventana de oportunidad con fecha de caducidad: O bien consigue avanzar por su curva aprendizaje al poner en valor sus características diferenciales en los sistemas gobernados por la oferta, recuperando unos costes de la energía que estén más cercanos a los de otras tecnologías renovables, o de lo contrario su nicho de mercado (o participación potencial en mix generación futuro), así como su contribución a la transición energética se pueden ver fuertemente limitadas.

La gestionabilidad que ofrece la CSP con TES siempre será una característica importante para la operación del sistema al alcanzar elevadas penetraciones renovables. Pero dada la situación actualmente desfavorable de la CSP respecto a otras tecnologías renovables por lo que respecta a costes de la energía, su materialización requiere de una planificación adecuada que ponga en valor esta característica durante las primeras fases de despliegue de los sistemas renovables (en las cuales la penetración renovables es baja y esta característica diferencial pasa desapercibida). Es más, esta ventaja diferencial de la CSP va a quedar diluida a medida que pase el tiempo y se vayan desplegando la integración, la inteligencia y la participación de la demanda, o incluso a medida que otras tecnologías renovables vayan desarrollando capacidad de acumulación a menores costes.

Otro aspecto en el que la CSP lleva retraso frente a otras tecnologías renovables (especialmente frente a la PV) es el poder desarrollar aproximaciones distribuidas para su despliegue, lo cual, en gran medida está directamente relacionado a la sensación de ‘cercanía’ que la sociedad tiene con la tecnología. Si bien hay otras tecnologías renovables intrínsecamente más modulares tecnológicamente que la CSP (aunque en la actualidad no faltan propuestas de modularidad tecnológica para la CSP) y que han alcanzado un arraigo mucho más fuerte en la sociedad, realmente lo que tiene que estar distribuido es la gobernabilidad e incluso la propiedad, más que físicamente los equipos, pues físicamente puede haber elementos de eficiencia asociados a la centralización, que en la PV ya se notan, pero en la CSP mucho más. El desafío en esta dimensión es por tanto el buscar mecanismos de agregación que permitan descentralizar la propiedad de las centrales CSP y acercarlas a la sociedad, aspecto en el cual la CSP ha avanzado muy poco.

Entonces, como sociedad, ¿no perdemos nada si la CSP no es capaz de aprovechar su ventana de oportunidad y se queda finalmente desplazada a una contribución marginal tanto en el proceso de transición como en el mix energético del futuro?

Para el proceso de transición, mientras seguimos inmersos en sistemas energéticos no integrados y gobernados por la oferta, la CSP puede marcar una clara diferencia entre viabilizar desde ya los sistemas basados en renovables, actuando por tanto como una facilitadora (más que competidora) de otras tecnologías renovables.

La opción de prescindir de los aspectos diferenciales de la CSP, traería como consecuencia el retrasar la evolución hacia sistemas de gran penetración renovable hasta que ya estuviera desplegada la inteligencia y desarrollado el potencial de participación de la demanda, y nos conduciría a una situación final de mayor coste total de la energía al haber desaprovechado una tecnología con potencial de bajo coste asintótico en la curva de aprendizaje, y al vernos forzados a resolver por medios menos eficientes los requerimientos de flexibilidad una vez que la penetración renovable creciera sin disponer de las aportaciones de la CSP.

Y es preciso tener presente el hecho de que no tan solo es relevante el completar la transición, sino que la trayectoria seguida para llevar a cabo la transición del sistema energético tiene un gran impacto sobre las repercusiones finales, tanto en términos de los costes asociados a este proceso de transición, como en términos de los impactos correspondientes. En el post de este blog titulado ‘Trayectorias de transición del sistema energético hacia la sostenibilidad: Sus implicaciones y por dónde vamos’  ya discutimos estos aspectos relacionados con la relevancia de la trayectoria del sistema energético hacia la sostenibilidad, apoyándonos en tres trayectorias de transición analizadas en el informe Energía 3.0 para completar la transición en el año 2050 en la España peninsular: Transición responsable, transición lineal, y transición retardada. En el caso de no contar con la CSP para desarrollar este proceso de transición, a los impactos asociados a una transición retardada como la ilustrada por ese escenario del informe Energía 3.0, habría que añadirle los correspondientes a tardar más tiempo en completar la transición (pues esta no se podría completar en el año 2050).

En las Figuras 8, 9, 10 y 11 recordamos y ampliamos las implicaciones de estas trayectorias de transición del informe Energía 3.0, en términos de porcentaje de renovables en el sistema eléctrico, porcentaje de renovables en el sistema energético total, emisiones de CO₂ y costes de la energía.

Figura-8: Porcentaje de electricidad de origen renovable en el sistema eléctrico para los tres escenarios de transición analizados en el informe Energía 3.0 (los tres escenarios de transición completan el proceso en el año 2050)

Figura-9: Porcentaje de electricidad de origen renovable en el sistema energético total para los tres escenarios de transición analizados en el informe Energía 3.0 (los tres escenarios de transición completan el proceso en el año 2050)

Figura-10: Emisiones de CO₂ del sistema energético para los tres escenarios de transición analizados en el informe Energía 3.0 (los tres escenarios de transición completan el proceso en el año 2050)

Figura-11: Coste de la energía para los tres escenarios de transición analizados en el informe Energía 3.0 (los tres escenarios de transición completan el proceso en el año 2050)